[发明专利]以超支化聚乙烯为助剂球磨法制备石墨烯的方法以及抗静电塑料的制备方法

说明书

本发明公开了一种以超支化聚乙烯为助剂球磨法制备石墨烯的方法以及抗静电塑料的制备方法。所述制备石墨烯的方法包括如下步骤：1)将HBPE先溶解于有机溶剂A中并加入一定量的天然石墨，充分搅拌使得超支化聚乙烯粘附在天然石墨表面，然后完全去除溶剂得到第一混合物；2)将第一混合物置于球磨罐中进行球磨，得到第一产物；3)将经步骤2)球磨后的第一产物取出，置于有机溶液B中，充分超声混合，所得混合溶液进行离心，获得石墨烯溶液。所述抗静电塑料的制备方法是将制得的石墨烯溶液中加入HDPE搅拌混合，去除溶剂后热压成型，得到抗静电塑料。本发明提高了石墨烯的产量与质量，并在石墨烯添加量很少的情况下极大程度地改善了HDPE的抗静电性能。

技术领域

本发明涉及一种球磨法制备石墨烯的方法以及利用该石墨烯制备抗静电塑料的方法。

背景技术

石墨烯由单一sp2杂化碳原子构成，其厚度仅为单原子厚度，是一规则的两维网格状碳纳米材料。石墨烯的这一独特的结构使其具有极其优异的力学强度、导电及导热性能，因而在电子、生物、能源及高性能聚合物纳米复合材料等诸多领域具有广泛而重要的应用前景。自2004年被首次报道以来，石墨烯的制备及应用研究已引起各领域的广泛关注。

在特定溶剂内获得高浓度而稳定的石墨烯分散液是进行石墨烯应用的首要前提。从石墨烯的各类实际应用出发，人们已对石墨烯分散液的制备提出了如下要求：(1)所得石墨烯应具有低的层数，同时具有大的横向尺寸，并较好地保留原有结构的完整；(2)所得石墨烯分散液应浓度高且稳定；(3)所用溶剂应低毒、低廉、低沸点；(4)制备工艺应简单可行，以便于规模化制备和应用；等等。

CN103087335A公开了一种利用超支化聚乙烯制备石墨烯有机分散液的方法，但是该方法制备得到的石墨烯品质还有待改进。

高密度聚乙烯(HDPE)是最通用的热塑性材料之一，由于其成本低，性能相对平衡，易于加工，已经完全商业化。HDPE是良好的绝缘体，这使其表面非常容易积累静电电荷，静电电荷的释放可能导致严重的问题，因此对HDPE基质的抗静电性能的改善变得很有必要。

通常，制备抗静电材料的最常用方法是添加抗静电剂，但通常通过添加抗静电剂会显著降低所得材料的机械性能，这可能限制产品的应用。为了降低对基体材料机械性能的损害，多采用具有优异导电性的碳质材料和导电聚合物来改善基质的抗静电性能，例如片状石墨、炭黑、碳纳米管、石墨烯、多层石墨烯、聚苯胺(PANI)和聚吡咯等，都被用做填料来制备抗静电复合材料。而填料的结构特性也会影响抗静电复合材料的性能。

发明内容

本申请要解决的第一个技术问题是提供一种以超支化聚乙烯为助剂球磨法制备较大尺寸、较少层数、较好晶体结构、较少缺陷的石墨烯的方法，该方法容易操作、绿色环保、成本低、安全、制备效率高。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种利用上述超支化聚乙烯修饰的石墨烯制备抗静电塑料的方法，以改善塑料的抗静电性能和力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种以超支化聚乙烯为助剂球磨法制备石墨烯的方法，包括如下步骤：

1)将超支化聚乙烯(HBPE)先溶解于有机溶剂A中并加入一定量的天然石墨，其中天然石墨和超支化聚乙烯的质量比为8-16:1，充分搅拌使得超支化聚乙烯粘附在天然石墨表面，然后完全去除溶剂得到第一混合物；

2)将第一混合物置于球磨罐中进行球磨，得到第一产物；

3)将经步骤2)球磨后的第一产物取出，置于有机溶液B中，充分超声混合，所得混合溶液进行离心，离心后取出上层清液的60～90％，进而获得石墨烯溶液。

本发明中，超支化聚乙烯的选择种类有很多种，示例性地，超支化聚乙烯可以采用Pd-diimine催化剂催化乙烯，以一步法“链移走”共聚机理获得，具体的制备工艺包括以下步骤：